Система стволовой сигнализации и связи - это комплекс аппаратов, защит, стволового оборудования предназначенный для передачи речевых сигналов, тональной сигнализации, передачи данных между стволом шахты и помещением управления подъемом. В зависимости от типа, количества, фактора безопасности контролируемых объектов в стволе, система стволовой сигнализации в той или иной степени-формирует технологический процесс работы шахтной подъемной установки и околоствольного оборудования. Поэтому безотказная и эффективная работа системы стволовой сигнализации и связи является одним из самых важных условий безопасной эксплуатации шахтного подъема. Учитывая это, к системе стволовой сигнализации и связи предусмотрен ряд функциональных требований, которые содержатся в различных нормативно-технических документах:

- Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и рассыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом Российской Федерации (ПБ-03-553-03);

- Правила безопасности в угольных шахтах (Российской Федерации);

- Раздел 5.9. Связь и сигнализация. В кн.: Правила безопасности в угольных шахтах. Гос-надзорохрантруда Украины. 2005.

- Правила технической эксплуатации угольных и сланцевых шахт;

- Р12.28.235-91 Методические указания по обеспечению требований безопасности аппаратуры шахтной стволовой сигнализации и связи. - Макеевка-Донбасс: МакНИИ, 1991. - 12 с.

В связи с тем, что эти требования приводятся в разобщенном виде, а в отдельных случаях неоднозначно изложены, ниже сформулированы в концентрированном виде функциональные требования, которым должна отвечать рабочая (резервная) и ремонтная стволовая сигнализация и связь.

Для обеспечения условий безопасной и безаварийной работы шахтных подъемных установок предусмотрен ряд требований к стволовой сигнализации и связи. Каждая подъемная установка должна быть оборудована следующими видами сигнализации и связи:

- рабочей, предназначенной для обеспечения выполнения технологических операций по подъему-спуску людей и грузов;

- резервной, используемой в случае выхода из строя рабочей сигнализации и связи;

- ремонтной, применяемой при осмотре и ремонте крепи и армировки ствола, элементов копрового станка, подъемных сосудов.

Кроме того, параграф 5.9.8 «Правил безопасности в угольных шахтах Украины» требует, чтобы между машинистом подъемной машины и рукоятчиком, а также между рукоятчиком и стволовым устанавливалась прямая телефонная связь. Аналогичная связь должна быть и на скиповых подъемах между машинистом и операторами загрузочного и разгрузочного устройств. Дополнительно на вновь вводимых в эксплуатацию шахтных подъемах должна также устанавливаться производственная громкоговорящая связь (может входить в состав рабочей сигнализации и связи).

Рабочая сигнализация и связь независимо от конструктивного исполнения должны обеспечивать надежное выполнение ряда функций, количество которых зависит от типа подъемных установок - клетевая или скиповая, грузолюдская (людская) или грузовая, принятой технологической схемы, числа обслуживаемых горизонтов и т.д. Как показывает практика, наиболее сложные в плане реализации функций сигнализации и связи - грузолюдские подъемные установки. Ниже приведены функциональные требования, которым должны удовлетворять системы рабочей сигнализации и связи применительно к этим установкам и которые должны учитываться при разработке соответствующей аппаратуры.

На грузолюдских подъемных установках рабочая сигнализация и связь должны обеспечивать:

Передачу сигналов:

1. В машинное отделение кабину машинисту подъемной установки:

1.1. от рукоятчика приемной площадки: режимы работы («Люди», «Груз», «Негабарит» и т.п.)

1.2. от рукоятчика: адреса движения клети: «1-й горизонт» - «n-й горизонт», «Приемная площадка 1», «Приемная площадка 2»;

1.3. от рукоятчика: рабочие сигналы: «Стоп», «Вверх», «Вниз», «Тихо вверх», «Тихо вниз»,

1.4. от рукоятчика: сигнал «Пуск». Этот сигнал подается машинисту подъемной установки рукоятчиком рабочим сигналом и служит машинисту основанием для отправки клети;

1.5. с горизонтов и приемных площадок: сигнал «Авария». Сброс звукового сигнала производится машинистом подъема и светового - на месте подачи сигнала «Авария». По сигналу «Авария» подъем производит аварийный останов;

1.6. с горизонтов и приемных площадок сигналы об открытом положении предохранительных дверей, опущенном положении качающихся площадок, о выдвинутом положении кулаков и др. («Двери», «Качающиеся площадки», «Кулаки» и др.). При возникновении сигнала об открытом положении предохранительных дверей подъем блокируется.

2. На горизонты стволовым:

2.1. от рукоятчика приемной площадки: режимы работы: «Люди», «Груз», «Негабарит». Эти сигналы воспроизводятся на шкафах приемной площадки и горизонтов;

2.2. от рукоятчика: адреса движения клети: «1-й горизонт» - «n-й горизонт», «Приемная площадка 1», «Приемная площадка 2»;

2.3. сигналы об открытом положении предохранительных дверей, опущенном положении качающихся площадок, о выдвинутом положении кулаков и др. («Двери», «Качающиеся площадки», «Кулаки» и др.). Эти сигналы воспроизводятся на световом табло собственных рабочих мест;

2.4. из машинного отделения сигнал «Ревизия».

3. На приемную площадку рукоятчику:

3.1. с горизонтов от стволового (с индикацией горизонта, на котором находится клеть) рабочих сигналов «Стоп», «Вверх», «Вниз», «Тихо вверх», «Тихо вниз» после прибытия клети на данный горизонт и получение сигнала «Готов» от помощника стволового;

3.2. сигналы об открытом положении предохранительных дверей, опущенном положении качающихся площадок, о выдвинутом положении кулаков и др. («Двери», «Качающиеся площадки», «Кулаки» и др.). Эти сигналы воспроизводятся на световом табло собственных рабочих мест;

3.3. из машинного отделения сигнал «Ревизия».

4. От помощника стволового - стволовому или помощника рукоятчика - рукоятчику сигналов «Авария» и «Стоп».

Блокировки, исключающие возможность:

1. включение комплекса обмена вагонеток в режиме «Люди», «негабарит», «Ревизия»;

2. выдвижение посадочных устройств на неработающих горизонтах, а на работающем горизонте - при скорости подъемного сосуда более 1 м/с в режиме «Груз»;

3. выдвижение посадочных устройств на горизонтах в режиме «Люди» и «Ревизия»;

4. захода опрокидной клети в разгрузочные кривые в режиме «Люди»;

5. одновременной подачи сигналов (за исключением сигнала блокировки подъема и «Авария») с двух и более рабочих мест (приемные площадки и горизонты);

6. подачи с горизонта сигналов «Вверх», «Вниз», «Тихо вверх», «Тихо вниз» до подачи сигналов от помощника стволового «Готов» и до прибытия клети на горизонт, откуда подается сигнал;

7. подачи рабочих сигналов после подачи сигнала «Авария»;

8. подачи любых сигналов после сигнала «Ревизия» (за исключением сигнала «Авария» и сигналов от датчиков);

9. подачи сигналов «Вверх», «Вниз», «Тихо вверх», «Тихо вниз» при наличии сигналов «Двери», «Качающиеся площадки» и других сигналов, запрещающих движение подъемной установки (во всех режимах, кроме режима «Негабарит»);

10. одновременную работу совмещенных в одном стволе грузолюдских подъемных установок в различных режимах;

11. подачи рабочих сигналов при открытых стопорах в клети в режиме «Груз»;

12. одновременную подачу сигналов из клети и от рукоятчика приемной площадки;

13. запрет передачи сигналов от стволовых непосредственно машинисту, минуя рукоятчика.

Рабочая сигнализация и связь должны также обеспечивать:

1. непрерывный контроль исправности линии подачи сигнала;

2. контроль напряжения питания;

3. задержку подачи звуковых сигналов: «Авария» - не более 0,1 с; «Стоп» - не более 0,25 с;

4. симплексную двустороннюю громкоговорящую связь с управлением от рукоятчика приемной площадки со следующими абонентами; машинистом подъемной машины; стволовыми горизонтов; рукоятчиком второй приемной площадки в режиме горизонта;

5. вызов: машиниста подъемной машины - только голосом; стволовых - тональным сигналом; рукоятчика - тональным и световым сигналами;

6. телефонную связь:

- между машинистом подъема и рукоятчиком;

- между рукоятчиком и стволовым.

На скиповых подъемах стволовая рабочая (резервная) сигнализация и связь должны обеспечивать:

Передачу сигналов:

1. В здание подъемной машины машинисту подъема:

1.1. сигнала об окончании загрузки скипа на горизонте, разгрузке его на разгрузочной площадке, о верхнем уровне материала в бункере и о пуске машины;

1.2. предупредительного сигнала перед пуском подъемной машины, работающей в режиме автоматического управления. Этот сигнал подается также в камеру загрузочного устройства;

1.3. со всех рабочих мест, сигнала «Авария» в систему управления подъемом. По сигналу «Авария» подъем производит аварийный останов.

2. От машиниста подъема на горизонты и разгрузочную площадку сигналов режимов: «Груз», «Люди», «Ревизия». Эти сигналы воспроизводятся на шкафах разгрузочной площадки и горизонтов.

3. на горизонты, разгрузочную и нулевую площадки сигналов о месте нахождения скипа.

Блокировку, исключающую возможность:

1. подачи рабочих сигналов с горизонтов, на которых отсутствует скип;

2. одновременной подачи рабочих сигналов с нескольких рабочих мест;

3. всех сигналов (кроме сигнала «Авария») в режиме «Ревизия»;

4. подачи рабочих сигналов после подачи сигнала «Авария».

Рабочая сигнализация и связь должны также обеспечивать:

1. звуковое сопровождение каждого изменения светового сигнала;

2. сброс сигнала «Авария»: звукового - машинистом подъема; светового - только с места подачи;

3. задержку подачи звуковых сигналов: «Авария» - не более 0,1 с; «Стоп» - не более 0,25 с;

4. непрерывный контроль исправности линии подачи кодового сигнала «Стоп» и сигнала «Авария»;

5. двустороннюю громкоговорящую связь между машиниста подъема со стволовым и операторами нулевой и разгрузочных площадок;

6. вызов: машиниста подъема - голосом и световым сигналом; стволовых горизонтов и операторов нулевой и разгрузочных площадок - тональным сигналом и голосом;

7. кодовую сигнализацию для передачи рабочих сигналов между операторами загрузки/разгрузки и машинистом подъема;

8. телефонную связь между машинистом и операторами загрузки/разгрузки;

9. сигнализацию о вызове людей при помощи скипов.

На людских и грузолюдских подъемных установках, кроме рабочей сигнализации, должна устанавливаться резервная с обособленным питанием по отдельному кабелю или каналу, обеспечивающему работоспособность сигнализации при любой неисправности рабочей сигнализации. По своим техническим характеристикам резервная сигнализация выполняет те же функции, что и рабочая.

Ремонтная сигнализация (в отличие от рабочей) должна исключать возможность травмирования людей при осмотре и ремонте ствола, подъемных сосудов, армировки, элементов копра, отвечать ряду специфических требований и обеспечивать:

- подачу трех рабочих команд «Вверх», «Вниз», «Стоп» из подъемного сосуда;

- воспроизведение рабочих команд в машинном отделении на пульте с их фиксацией и в месте подачи механическим указателем;

- кратковременное (1-2 с) акустическое подтверждение принимаемых рабочих команд;

- сброс зафиксированных рабочих команд при подаче команды «Стоп»;

- контроль исправности канала передачи команды «Стоп» и автоматическую подачу команды «Стоп» при неисправности этого канала;

- симплексную двустороннюю громкоговорящую связь машиниста подъема с персоналом, находящимся в (на) подъемном сосуде (при остановленном подъемном сосуде), при этом в обоих пунктах связи должен быть дежурный прием;

- передачу речевой информации в машинное отделение с движущегося подъемного сосуда и передачу речевой информации машинистом подъемной машины только после ее остановки;

- передачу рабочих команд и речевой информации в каждый из двух дополнительных пунктов как с движущегося, так и с остановленного сосуда (например, машинисту лебедки при работах по замене проводников или армировки ствола и др.);

- двустороннюю громкоговорящую связь и подачу рабочих команд между отметкой, на которой имеется свободный доступ к подъемным канатам (на башенных копрах многоканатных установок), и отметкой, где размещен пульт управления подъемной машины;

- автоматический переход устройств машинного отделения на автономное питание, обеспечивающее работу в режиме связи не менее 3 ч при отключении сетевого напряжения;

- индикацию разряда автономного источника питания в устройстве подъемного сосуда.

В соответствии с требованиями «Правил безопасности в угольных шахтах РФ» в стволах глубиной более 500 м для ремонтной сигнализации должны применяться средства беспроводной связи. В частности, в качестве линии связи могут быть использованы канаты: тяговые, парашютные, направляющие. Другой вариант возможен при организации высокочастотного канала связи с помощью кабеля, проложенного для этой цели. Независимо от технического решения, реализованного в аппаратуре по каналу связи, ремонтная сигнализация и связь должны содержать два основных устройства:

- на подъемном сосуде для формирования и передачи рабочих команд «Вверх», «Вниз», «Стоп», а также для симплексной громкоговорящей связи с машинистом подъема. Это устройство (или отдельные его части, например, радиостанция) должны быть носимыми и содержать автономный источник питания, приемник-передатчик;

- в машинном отделении для приема рабочих сигналов, контроля исправности канала передачи сигнала «Стоп» и речевой информации из подъемного сосуда, а также передачи речевой информации из машинного отделения в подъемный сосуд.

Составные части как рабочей, так и ремонтной сигнализации и связи, устанавливаемые в машинном отделении поверхностных подъемных установок, могут иметь общепромышленное исполнение. Все остальные компоненты сигнализации и связи, монтируемые на приемных площадках и в стволе шахт, опасных по газу и пыли, должны быть во взрывозащищенном исполнении.

Таким образом, вышеизложенные требования и нормативно-технические документы определяют то минимальное количество функций системы стволовой сигнализации, которыми должна обладать любая подъемная установка, независимо от конструктивного исполнения самой системы. Необходимо добавить, что требования, содержащиеся в нормативно-технических документах, перечисленных выше, составлены большей степени для подъемных установок с невысоким уровнем автоматизации, где работа подъема предусматривается в ручном режиме управления. Поэтому при проектировании подъемных установок на базе современного микропроцессорного оборудования с высоким уровнем автоматизации вызывает трудности создания алгоритма (порядка) работы стволовой сигнализации, который бы полностью соответствовал технологическому процессу работы шахтного подъема и одновременно отвечал бы всем требованиям правил безопасности.

На шахтах Украины и др. стран нашли применение аппаратура ШВС-ЗА, которая изготовляется заводом электронных микроскопов в г. Сумы, АСМК-1, ШСС-1, изготовляемая ОАО «Красный металлист», г. Конотоп), ВЧСН-2 института «Автоматгормаш», г.Донецк), «Сигнал» ОАО «Союзцветметавтоматика», «Радуга», «УАСС-3», «Весна-СРС» (МакНИИ, ЗАО «Весна-комплект», г. Днепропетровск). С помощью такой аппаратуры координируются действия обслуживающего персонала при спуске и подъеме людей и оборудования. Однако количество и номенклатура передаваемых сигналов не удовлетворяют требованиям безопасной и безаварийной работы шахтной подъемной установки.